Hoe ziet het pompturbinesysteem van Delta21 er uit?
Begin 2020 is Ruben Ansorena Ruiz afgestudeerd bij prof. dr.ir. S.N. (Bas) Jonkman op TUDelft. Ruben onderzocht de vereiste behuizing van de pomp-turbines voor het pompgemaal van DELTA21 in het Energieopslagmeer door een eerste conceptueel ontwerp uit te werken. Ruben pakte het ontwerp conservatief aan door de pompturbine op te nemen in een betonmonoliet, die op de bodem was gefundeerd.
Enkele maanden later is Yordi Paasman op de pompturbinefunctie van Delta21 afgestudeerd bij prof. dr.ir. M.A.N. (Max) Hendriks. Voor het turbineontwerp koos Yordi voor Francis turbines, ‘mixed flow’, met een pompfunctie, zoals die ontwikkeld en toegepast is door Pentair. Hij ontwikkelde naast een conventionele, volledig betonnen, behuizing ook een innovatief concept voor het pomp-turbinehuis. In dat alternatief integreerde hij de constructie met het duin, dat het Energieopslagbassin omringt. In zijn onderzoek richtte hij zich vooral op de faalmechanismen, de stabiliteit van de constructie, de bouwmethode en de sterkte.
De bij Delta21 aangesloten partijen voorzien als gevolg van de snelle inklinking van de bodem en de zeespiegelrijzing grote mogelijkheden voor pompturbinesystemen wereldwijd.
De industrie ontwikkelt daarvoor ook nieuwe concepten en richt zich ook op de toepassing voor het pompturbinesysteem van Delta21. Er blijkt veel belangstelling vanuit zowel de onderzoeks-, advies- als de pompturbinesector voor de stroomopslagfunctie in het Energieopslagmeer en voor de toepassing van hun “low-head – high-volume” type pompturbines. Deze belangstelling vanuit Nederland is logisch, want in onze polders staan al meer dan 3600 gemalen en sinds Leeghwater heeft Nederland een zeer lange traditie met dit type pompen. Zowel Pentair/NijhuisPompen, IHC als Fish Flow Innovations zien, naast Delta21, grote toepassings-mogelijkheden in en buiten Nederland voor hun soort pompturbinesystemen.
Ook Europa ziet kansen onder andere met het Alpheus project, waar ook 10 Europese universiteiten aan meedoen. Ruben Ansorena doet zijn promotie inmiddels in Braunschweig bij Alpheus. Een efficiency van 85% van pompen en turbines is een vaak gehanteerde standaard ondergrens, de meeste pompleveranciers kunnen dat wel garanderen. De ambitie van de leveranciers is echter om de efficiency van zowel de pomp- als de turbinefunctie verder op te krikken naar wellicht 90%.
Inmiddels heeft ook Loïc Jacquemin, eveneens van TUDelft samen met Royal Haskoning DHV een zeer innovatief pompturbinesysteem ontworpen, eveneens gebruik makend van de pompturbinetechnologie van Pentair. Inmiddels is hij eind augustus 2021 afgestudeerd. Zijn afstudeerwerk is op de website van Delta21 te vinden. Met dit innovatieve ontwerp wordt een grote besparing bereikt op de betonnen behuizing. Ook is het pompturbine systeem op deze wijze visvriendelijker en veel beter toegankelijk voor reparatie en onderhoud.
Sinds enige tijd toont ook FishFlow Innovations interesse voor het Delta21 concept en adviseert om hun vijzelpompturbine concept mee te nemen in de afweging van pompturbinesystemen. Inmiddels ligt er een compleet schetsontwerp van FishFlow Innovations voor de toepassing in het Energieopslagmeer van Delta21. FishFlow Innovations claimt niet alléén een zeer hoge efficiency, maar ook een eenvoudiger civiel technisch systeem met lagere onderhouds- en aanlegkosten en bovendien een volledig visvriendelijke passage. Delta21 is nog op zoek naar studenten, die hun afstudeerwerk willen richten op dit Archimedes type, ook wel vijzelpomp genoemd. Eén student zal zich vooral richten op de civiele behuizing en op de draagconstructie en de andere student zal zich meer richten op de werktuigbouwkundige kant van de pompturbine.
Faalkans van het pompturbinesysteem
Elke dijk kan falen, vooral als de waterstanden in de rivier langdurig hoog blijven. Er zijn niet alleen meerdere faalmechanismen, maar bij lange dijkvakken zijn nu eenmaal zwakkere en sterkere stukken dijk. De dijk kan worden overstroomd, maar ook afschuiven of plotseling wegglijden, het land in.
Omdat ook het pompturbinesysteem moet functioneren tijdens extreme situaties is een lage faalkans van het pompturbinesysteem ook cruciaal voor de betrouwbaarheid. Daarom is een dagelijkse benutting van de pompturbines belangrijk voor de betrouwbaarheid. Bij Delta21 worden de ca. 250 pompturbines dagelijks benut voor de opslag van stroom, verder zijn er 3 reservepompen beschikbaar voor onderhoud en reserve. De theoretische kans op falen van een individuele pomp bedraagt, volgens de fabrikant, bij een goed onderhoud, eens per 200.000 uur draaien. Bij 250 pompturbines is de kans dat één pomp faalt eens per 800 uur, de kans dat bijv. meerdere pompen gelijktijdig falen zeer gering. Maar er is ook een kans dat er tijdens een calamiteit geen of onvoldoende aanvoer is van stroom. Daarom moet in de stroomvoorziening voldoende reserve (“redundancy”) worden ingebouwd. Dat kan door de stroomvoorziening van de pompturbines direct aan te sluiten op zowel het 360 kV hoofdnetwerk van TenneT bij de Maasvlakte, de BritNed kabel, de windmolenparken als het zonnepark en windmolenpark in het Energieopslagmeer.
